ES2343205T3 - Dispositivo de carga rotativo para un horno de cuba provisto de un sistema de enfriamiento. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de carga rotativo (10) para un horno de cuba provisto de un sistema de enfriamiento (12; 112; 212; 312; 412; 512; 612), en el que dicho dispositivo de carga rotativo comprende un soporte rotativo (14) para unos medios de distribución rotativos y un alojamiento estacionario (18) para dicho soporte rotativo; y en el que dicho sistema de enfriamiento comprende un circuito de enfriamiento rotativo (30; 130; 230; 330; 430; 530; 630) fijado en rotación con dicho soporte rotativo y un circuito de enfriamiento estacionario (32; 632) en dicho alojamiento estacionario; caracterizado porque presenta un dispositivo de transferencia de calor (40; 140; 240; 340; 440; 540; 640) que incluye un elemento de transferencia de calor estacionario (44; 144; 244; 344; 444; 544; 644) configurado para enfriarse mediante un fluido de enfriamiento que fluye a través de dicho circuito de enfriamiento estacionario y que incluye un elemento de transferencia de calor rotativo (42; 142; 242; 342; 442; 542; 642) configurado para calentarse mediante un fluido de enfriamiento separado que se hace circular en dicho circuito de enfriamiento rotativo, estando dispuestos dichos elementos de transferencia de calor en relación enfrentada y presentando entre los mismos una zona de transferencia de calor (146; 246; 346; 446; 546; 646) para conseguir la transferencia de calor mediante convección y/o radiación a través de dicha zona sin mezclar dichos fluidos de enfriamiento separados.
Description
Dispositivo de carga rotativo para un horno de
cuba provisto de un sistema de enfriamiento.
La presente invención se refiere en general a un
sistema de enfriamiento que equipa a un dispositivo de carga
rotativo dispuesto en un horno de cuba tal como un alto horno
metalúrgico.
En la actualidad, muchos hornos de cuba
metalúrgicos, en particular los altos hornos, están provistos de un
dispositivo de carga rotativo para alimentar material de carga al
interior del horno. Un dispositivo de carga rotativo de este tipo
está dispuesto normalmente en el tragante del horno y por tanto está
expuesto por lo menos parcialmente a las altas temperaturas
existentes dentro del horno durante el funcionamiento. Por
consiguiente, es importante un enfriamiento eficaz de las partes
expuestas del dispositivo de carga y especialmente de sus
componentes de engranaje y accionamiento con el fin de evitar un
daño, reducir las intervenciones de mantenimiento y aumentar la
vida útil del dispositivo de carga. Existe una dificultad particular
a la hora de llevar de manera eficaz el calor desde las partes
rotativas del dispositivo de carga que en general son las más
expuestas al calor del horno.
Un enfoque conocido para enfriar un dispositivo
de carga consiste en inyectar un gas de enfriamiento inerte en el
alojamiento del dispositivo de carga a una presión que supera la
presión de funcionamiento en el tragante. Aunque presenta la
ventaja de reducir la acumulación de polvo dentro del dispositivo de
carga, este enfoque presenta una eficacia de enfriamiento muy
limitada. Este enfoque se ha descrito por ejemplo en el documento JP
55 021577 A.
El documento EP 0 116 142 da a conocer un
aparato de enfriamiento por agua para un dispositivo de carga de un
horno de cuba, particularmente para un dispositivo de carga que
presenta un conducto rotativo con inclinación variable. Este
aparato de enfriamiento comprende un tanque de alimentación anular
que está unido a la parte superior de una carcasa rotativa y puede
moverse con la carcasa. El tanque está provisto de por lo menos una
abertura mediante la que el agua se alimenta por gravedad desde el
tanque a través de múltiples serpentines de enfriamiento colocados
alrededor de una camisa rotativa. Un tanque colector recibe el agua
que fluye desde los serpentines. La camisa rotativa soporta el
conducto rotativo y también actúa como estructura de separación
entre el interior del horno y las partes componentes del dispositivo
de carga. Este aparato de enfriamiento por agua proporciona una
eficacia de enfriamiento mejorada de manera significativa a través
de enfriamiento por gas inerte. Sin embargo, una desventaja de este
aparato de enfriamiento se debe al hecho de que el circuito de agua
de enfriamiento requerido está parcialmente abierto respecto al
entorno, es decir, en el tanque de alimentación y el tanque
colector. Por consiguiente, ocurre que se contamina el agua de
enfriamiento, por ejemplo: con partículas finas y polvo del horno.
Por tanto, se requiere una instalación especial para el tratamiento
de agua de enfriamiento utilizada. Utilizando inyección de gas
inerte puede reducirse este problema, pero no eliminarse
completamente.
El documento WO99/28510 describe un dispositivo
que presenta una junta rotativa en forma de anillo con una parte en
forma de anillo fija y una parte en forma de anillo rotativa para
suministrar líquido de enfriamiento a serpentines de enfriamiento
rotativos. La mejora según el documento WO99/28510 consiste
esencialmente en alimentar la parte fija de la junta rotativa con
líquido de enfriamiento en exceso, de modo que se produzca un flujo
de escape. Este flujo de escape pasa por una ranura de separación
entre la parte fija y la rotativa de la junta rotativa para formar
una junta de líquido en esta ranura. Como resultado, se elimina o
reduce de manera significativa la contaminación del líquido de
enfriamiento. Sin embargo, esta solución requiere una construcción
de junta en forma de anillo relativamente elaborada y por tanto
cara. Desafortunadamente, los elementos de junta están sometidos a
un desgaste considerable y por tanto requieren una sustitución
frecuente y que requiere mucho trabajo.
Por consiguiente, el objetivo de la presente
invención consiste en proporcionar un sistema de enfriamiento
eficaz que equipa a un dispositivo de carga rotativo para un horno
de cuba, que elimina la necesidad de una junta compleja, cara y
propensa a mantenimiento entre la parte estacionaria y la rotativa
del dispositivo de carga:
Para conseguir este objetivo, la presente
invención propone un dispositivo de carga rotativo para un horno de
cuba, que está provisto de un sistema de enfriamiento, en el que el
dispositivo de carga rotativo comprende un soporte rotativo para
medios de distribución rotativos así como un alojamiento
estacionario para el soporte rotativo, y en el que el sistema de
enfriamiento comprende un circuito de enfriamiento rotativo fijado
en rotación con el soporte rotativo así como un circuito de unión
estacionario en el alojamiento estacionario. Según un aspecto
importante de la invención, se proporciona un dispositivo de
transferencia de calor que incluye un elemento de transferencia de
calor estacionario configurado para enfriarse mediante un fluido de
enfriamiento que fluye a través del circuito de enfriamiento
estacionario y que incluye un elemento de transferencia de calor
rotativo configurado para calentarse mediante un fluido de
enfriamiento independiente que se hace circular en el circuito de
enfriamiento rotativo. Estos elementos de transferencia de calor
están dispuestos en relación enfrentada y presentan entre los
mismos una zona de transferencia de calor para conseguir la
transferencia de calor mediante convección y/o radiación a través
de la zona de transferencia de
calor sin mezclar los fluidos de enfriamiento independientes de los circuitos de enfriamiento rotativo y estacionario.
calor sin mezclar los fluidos de enfriamiento independientes de los circuitos de enfriamiento rotativo y estacionario.
En el dispositivo de transferencia de calor, los
elementos de transferencia de calor rotativo y estacionario están
separados por un pequeño hueco o intervalo que forma la zona a
través de la que se produce la transferencia de calor. El
dispositivo de transferencia de calor permite la transferencia de
calor entre el circuito de enfriamiento rotativo y estacionario
mientras que también proporciona una separación de fluido entre
estos últimos circuitos. Por tanto, se elimina completamente la
necesidad de una junta rotativa entre los circuitos. De hecho, el
principio establecido durante mucho tiempo de una conexión de fluido
entre los circuitos de enfriamiento se vuelve obsoleto en virtud
del dispositivo de transferencia de calor según la invención. Además
también se elimina la necesidad de intervenciones de mantenimiento
relativamente frecuentes, relacionadas con sustituir las partes de
desgaste de la junta rotativa o con limpiar los serpentines de
enfriamiento rotativos.
Preferentemente, el circuito de enfriamiento
rotativo está configurado como circuito cerrado. Como resultado de
una disposición de recirculación cerrada, el líquido de enfriamiento
utilizado en el circuito de enfriamiento rotativo puede someterse a
presión para aumentar su punto de vaporización. De hecho, en los
sistemas de enfriamiento de la técnica anterior, la aplicación de
presión significativa no puede realizarse o bien porque el circuito
no está completamente cerrado (véase el documento EP 0 116 142) o
bien porque se produciría una pérdida inaceptable de líquido de
enfriamiento a través de la junta rotativa (véase el documento
WO99/28510). Debido a la inexistencia de pérdida de líquido ni
contaminación, puede entonces utilizarse un fluido de enfriamiento
más caro en el circuito de enfriamiento rotativo. Al eliminar el
riesgo de depósitos producidos por evaporación, tanto la
sobrepresión como un fluido adecuado permiten una temperatura de
funcionamiento mayor del circuito de enfriamiento rotativo. Además,
puesto que no hay necesidad de mantener un flujo puramente
gravitacional del líquido de enfriamiento para garantizar un
enfriamiento suficiente, puede aceptarse una caída de presión mayor
en el circuito de enfriamiento rotativo. Como resultado se reducen
las limitaciones constructivas y los costes.
En una primera configuración, el circuito de
enfriamiento rotativo puede configurarse como circuito de convección
natural de bucle cerrado. En una segunda configuración el circuito
de enfriamiento rotativo puede comprender por lo menos un tubo
térmico. Estas configuraciones presentan una construcción
relativamente sencilla sin necesidad de partes accionadas ni
suministro de energía mientras garantizan una eficacia de
enfriamiento razonable. Además, estas configuraciones son de
mantenimiento sencillo, requiriendo, en todo caso, pocas
intervenciones de servicio.
En una tercera configuración, el circuito de
enfriamiento rotativo puede configurarse como circuito de convección
forzada de bucle cerrado. En una cuarta configuración, el circuito
de enfriamiento rotativo está configurado como ciclo de
refrigeración por compresión de vapor de bucle cerrado y en una
quinta configuración el circuito de enfriamiento rotativo está
configurado como unidad de enfriamiento de adsorción. Estas
configuraciones requieren algunas partes accionadas e impulsadas
tales como una bomba o un compresor y posiblemente válvulas de
control. Aunque cada una de estas últimas construcciones es más cara
en comparación con las dos primeras configuraciones, proporcionan
un aumento adicional de la eficacia de enfriamiento mientras que
todavía requieren poco mantenimiento. Tal como se apreciará, una
configuración de ciclo cerrado con circulación forzada permite un
aumento considerable de la velocidad del fluido de enfriamiento en
comparación con un enfriamiento por flujo gravitacional (que se
conoce por los documentos EP 0 116 142 y WO99/28510) con la mejora
resultante de la eficacia de enfriamiento. Aunque generalmente no
se requiere, el sistema de enfriamiento podría comprender también
una combinación de dos o más de estas configuraciones.
La impulsión de la bomba o el compresor puede
conseguirse mecánicamente mediante un mecanismo accionado mediante
la rotación del soporte rotativo. De manera alternativa o
complementaria, la impulsión puede conseguirse eléctricamente o
bien mediante una batería alimentada por un generador accionado
mediante la rotación del soporte rotativo, mediante contactos
deslizantes o mediante transferencia de corriente inductiva sin
contacto.
Se apreciará que, en virtud del dispositivo de
transferencia de calor que proporciona una separación de fluido
entre el circuito de enfriamiento rotativo y estacionario, se
elimina la contaminación de cualquier líquido de enfriamiento en
los circuitos de enfriamiento rotativo y estacionario. Por tanto, no
resulta necesaria una instalación de tratamiento. Además, el
circuito de enfriamiento estacionario puede disponerse como parte
solidaria de un circuito de enfriamiento de bucle cerrado del horno
de cuba para llevar el calor transferido al elemento de
transferencia de calor estacionario. Los hornos de cuba, en
particular los altos hornos, están provistos mayoritariamente de un
sistema de enfriamiento de ciclo cerrado, por ejemplo para enfriar
la carcasa del horno. Por tanto, el coste total del sistema de
enfriamiento que equipa al dispositivo de carga es considerablemente
reducido, tanto al eliminar la instalación de tratamiento como al
aprovechar la infraestructura existente.
Para proporcionar una superficie de
transferencia de calor sustancial en el dispositivo de transferencia
de calor, es ventajoso que por lo menos un rebaje esté previsto en
el elemento de transferencia de calor estacionario o rotativo y que
por lo menos un saliente correspondiente esté previsto en el
elemento de transferencia de calor estacionario o rotativo. Este
rebaje y este saliente se ajustan entre sí para conferir una sección
transversal vertical en serpenteo a la zona de transferencia de
calor y por tanto aumentan las superficies enfrentadas yuxtapuestas
totales de los elementos de transferencia de calor. Tal como se
apreciará, puede proporcionarse una pluralidad de rebajes y
salientes que penetren unos en otros o se entrelacen para aumentar
adicionalmente la superficie de transferencia de calor eficaz.
En otra construcción sencilla que proporciona
una superficie de transferencia de calor sustancial, el elemento de
transferencia de calor rotativo y el elemento de transferencia de
calor estacionario comprenden cada uno una parte de base anular y
por lo menos un saliente que sobresale de manera transversal de la
parte de base, estando dispuestos los salientes en relación
enfrentada y ajustándose entre sí para conferir una sección
transversal vertical en serpenteo a la zona de transferencia de
calor.
Preferentemente, la zona de transferencia de
calor está rellena por lo menos parcialmente con un líquido
térmicamente conductor para aumentar la eficacia de transferencia
de calor. En una disposición ventajosa adicional, por lo menos un
saliente de dicho elemento de transferencia de calor rotativo y/o
dicho elemento de transferencia de calor estacionario comprende
medios para agitar dicho líquido térmicamente conductor. La
turbulencia del líquido permite aumentar adicionalmente la
transferencia de calor alcanzable. Preferentemente, el ancho
transversal de la zona de transferencia de calor está en el
intervalo de 0,5-3 mm.
Además, el circuito de enfriamiento rotativo
puede comprender una parte de circuito para enfriar un conducto de
distribución rotativo soportado mediante el soporte rotativo, que es
uno de los componentes más expuestos de un dispositivo de carga del
tipo denominado BELL LESS TOP (tragante sin campana).
Puesto que el sistema de enfriamiento es
fácilmente adecuado para su utilización en un alto horno, la
invención también se refiere a un alto horno que comprende un
dispositivo de carga equipado con un sistema de enfriamiento tal
como se describió anteriormente.
La presente invención resultará evidente a
partir de la descripción de diversas formas de realización no
limitativas siguientes haciendo referencia a los dibujos adjuntos
en los que se utilizan números de referencia idénticos o números de
referencia con dígito incrementado en cien para indicar elementos
idénticos o similares a lo largo de la presente memoria. En estos
dibujos
la figura 1: es una vista en sección transversal
vertical parcial de un dispositivo de carga para un horno de cuba
equipado con un sistema de enfriamiento según la invención;
la figura 2: es una vista en sección transversal
vertical de un dispositivo de transferencia de calor que comprende
un elemento de transferencia de calor rotativo y uno estacionario
para su utilización en el sistema de enfriamiento de la figura
1;
la figura 3: es una vista en sección transversal
vertical de un dispositivo de transferencia de calor
alternativo;
la figura 4: es una vista en sección transversal
vertical de otro dispositivo de transferencia de calor
alternativo;
la figura 5: es una vista en sección transversal
vertical de otro dispositivo más de transferencia de calor
alternativo;
la figura 6: es un diagrama esquemático de una
primera configuración de un circuito de enfriamiento rotativo para
su utilización en el sistema de enfriamiento según la figura 1;
la figura 7: es un diagrama esquemático de una
segunda configuración de un circuito de enfriamiento rotativo;
la figura 8: es un diagrama esquemático de una
tercera configuración de un circuito de enfriamiento rotativo;
la figura 9: es un diagrama esquemático de una
cuarta configuración de un circuito de enfriamiento rotativo;
la figura 10: es un diagrama esquemático de una
quinta configuración de un circuito de enfriamiento rotativo;
la figura 11: es una vista en sección
transversal vertical parcial de un dispositivo de carga para un
horno de cuba provisto de un sistema de enfriamiento alternativo
según la invención;
la figura 12: es una vista en sección
transversal vertical ampliada del dispositivo de transferencia de
calor en el sistema de enfriamiento de la figura 11;
la figura 13: es una vista isométrica parcial
del dispositivo de transferencia de calor en la figura 12;
la figura 14: es una vista isométrica
explosionada según la figura 13;
la figura 15: es una vista en sección
transversal vertical diferente del dispositivo de transferencia de
calor en el sistema de enfriamiento de la figura 11, que representa
una tobera de suministro;
la figura 16: es una vista parcial según la
figura 15, que representa una tobera de drenaje;
la figura 17: es una vista parcial según la
figura 15, que representa una tobera de limpieza.
La figura 1 representa parcialmente un
dispositivo de carga rotativo, generalmente identificado mediante el
número de referencia 10, para un alto horno. El dispositivo de
carga rotativo 10 está provisto de un sistema de enfriamiento 12
para enfriar los componentes calentados por la temperatura de
proceso dentro del horno. En el dispositivo de carga 10, un soporte
14 rotativo actúa para soportar un conducto 16 rotativo. El conducto
16 rotativo está unido al soporte 14 rotativo mediante una
suspensión para variar el ángulo de inclinación del conducto 16
rotativo. El dispositivo de carga rotativo 10 comprende además un
alojamiento 18 estacionario en el que está dispuesto el soporte 14
rotativo. El alojamiento 18 estacionario comprende un canal de
alimentación central fijo 20 que está dispuesto en el eje A central
del horno. Durante el procedimiento de carga, de una manera en sí
conocida, se alimenta material a granel a través del canal de
alimentación 20, a través del alojamiento 18 estacionario y el
soporte 14 rotativo, sobre el conducto 16 rotativo mediante el que
se distribuye dentro del horno según la inclinación y rotación del
conducto 16.
Excepto por el sistema de enfriamiento 12, se
conoce la propia configuración del dispositivo de carga 10 y
comúnmente se denomina BELL LESS TOP^{TM} (BLT). En la figura 1 no
se muestran diversos componentes estacionarios y rotativos
conocidos del dispositivo de carga 10, tales como componentes de
accionamiento y de engranaje. Éstos se describen en detalle por
ejemplo en el documento US nº 3.880.302.
Tal como se observa en la figura 1, el soporte
14 está montado de manera rotativa respecto al eje A, dentro del
alojamiento 18 estacionario mediante un cojinete 22. El soporte 14
rotativo presenta una configuración esencialmente anular con un
paso central para material a granel en prolongación del canal de
alimentación central 20. Comprende una parte de pared interna
cilíndrica 24 adyacente al canal de alimentación central 20, una
parte de reborde inferior 26 para soportar el conducto 16 y una
parte de reborde superior 28 en la que está montado el cojinete 22.
El alojamiento 18 estacionario y el soporte 14 rotativo constituyen
el revestimiento del dispositivo de carga rotativo 10. Además,
forman el cierre superior en el tragante de un alto horno no
representado por completo en la figura 1.
Tal como se representa además en la figura 1, el
sistema de enfriamiento 12 comprende un circuito de enfriamiento
rotativo 30 fijado en el soporte 14 rotativo y un circuito de
enfriamiento estacionario 32 (sólo representado parcialmente) en el
alojamiento 18 estacionario. Durante el funcionamiento, el circuito
de enfriamiento rotativo 30 rota con el soporte 14 mientras que el
circuito de enfriamiento estacionario 32 permanece estacionario con
el alojamiento 18. El circuito de enfriamiento rotativo 30 está
dispuesto en contacto térmico con la parte de pared interna 24 y la
parte de reborde inferior 26, en el lado opuesto al paso para el
material a granel para garantizar el enfriamiento de aquellas
partes del dispositivo de carga 10, que están expuestas al calor
del horno. Además, también proporciona enfriamiento de los
componentes de accionamiento y de engranaje (no representados) del
dispositivo de carga 10.
Durante el funcionamiento, el sistema de
enfriamiento 12 lleva el calor acumulado por el circuito de
enfriamiento rotativo 30 a través del circuito de enfriamiento
estacionario 32. Para este fin, como se aprecia en la figura 1, el
sistema de enfriamiento 12 comprende un dispositivo de transferencia
de calor 40 que conecta de manera térmica el circuito de
enfriamiento rotativo 30 con el circuito de enfriamiento
estacionario 32. El dispositivo de transferencia de calor 40
comprende un elemento de transferencia de calor rotativo 42, que
está unido al soporte 14 rotativo en la parte de reborde superior
28, y un elemento de transferencia de calor estacionario 44, que
está unido por debajo de la cubierta superior del alojamiento 18
estacionario. El elemento rotativo 42 está conectado a y forma
parte del circuito de enfriamiento rotativo 30 y el elemento
estacionario 44 está conectado a y forma parte del circuito de
enfriamiento estacionario 32. Durante el funcionamiento, el elemento
de transferencia de calor estacionario 44 se enfría mediante un
fluido de enfriamiento que fluye a través del circuito de
enfriamiento estacionario 32 mientras que el elemento de
transferencia de calor rotativo 42 se calienta mediante un fluido
de enfriamiento independiente que se hace circular en el circuito de
enfriamiento rotativo 30, tal como se detallará a continuación.
Para permitir la rotación libre de obstáculos del elemento rotativo
42 con respecto al elemento estacionario 44, los elementos 42, 44
están separados por un espacio abierto relativamente pequeño que
define una zona de transferencia de calor. Tal como se apreciará,
los elementos 42, 44 están dispuestos en relación enfrentada, es
decir, yuxtapuestos pero sin contacto. Debido a la caída de
temperatura entre los elementos 42, 44 durante el funcionamiento, se
consigue una transferencia de calor eficaz del circuito de
enfriamiento rotativo 30 al circuito de enfriamiento estacionario 32
a través de la zona de transferencia de calor mediante convección
y/o radiación en el medio entre los elementos 42, 44. Se apreciará
que no se produce un mezclado de los respectivos fluidos de
enfriamiento del circuito de enfriamiento estacionario 32 y
rotativo 30, es decir, la transferencia de calor se produce sin
intercambio de fluido de enfriamiento entre estos últimos. A partir
de la figura 1 resulta evidente que los elementos rotativo y
estacionario 42, 44 presentan una configuración rotacionalmente
simétrica centrada en el eje de rotación A. Aunque no se muestra en
sección transversal horizontal, los elementos 42 y 44 están
dispuestos como anillo circular, que se extiende esencialmente por
toda la circunferencia alrededor del eje A, para maximizar la
transferencia de calor. Los elementos 42 y 44 presentan perfiles
coincidentes ajustándose entre sí tanto en una proyección vertical
(radialmente) como en una proyección horizontal
(circunferencialmente).
Los elementos de transferencia de calor 42, 44
proporcionan una separación de fluido entre los circuitos de
enfriamiento rotativo y estacionario 30, 32 de modo que los fluidos
de enfriamiento de los últimos no se mezclan. Además, los elementos
de transferencia de calor 42, 44 permiten configurar cada uno del
circuito de enfriamiento rotativo 30 y el circuito de enfriamiento
estacionario 32 en una configuración de ciclo cerrado tal como se
detallará a continuación. Aunque el sistema de enfriamiento 12 se
describe en la presente memoria en el contexto de un dispositivo de
carga 10 de tipo BLT en un alto horno, también puede utilizarse en
conexión con otros tipos de dispositivos de carga rotativos para
hornos de cuba.
Haciendo referencia a las figuras
2-5, se detallarán a continuación algunas variantes
de elementos de transferencia de calor adecuados. A lo largo de la
descripción, pueden omitirse las características que se repiten de
una variante previamente descrita.
La figura 2 representa con mayor detalle una
primera variante de un dispositivo de transferencia de calor 140
que comprende un elemento de transferencia de calor rotativo 142 y
un elemento de transferencia de calor estacionario 144. En la
variante de la figura 2, el elemento rotativo 142 comprende un
rebaje vertical 143 al interior del cual se extiende un saliente
vertical conjugado 145 del elemento estacionario 144. Por tanto, el
elemento rotativo 142 presenta una sección transversal vertical
generalmente con forma de U mientras que el elemento estacionario
144 presenta una sección transversal vertical generalmente con forma
de T. Ambos elementos yuxtapuestos 142 y 144, en particular el
saliente 143 y el rebaje 145, están dimensionados para coincidir de
modo que exista una zona de transferencia de calor relativamente
pequeña 146 con un ancho transversal aproximadamente uniforme entre
sus superficies de transferencia de calor respectivas 148 y 150. El
ancho transversal de la zona de transferencia de calor 146 se
establece según la tolerancia de movimiento vertical y horizontal
de los componentes rotativos del dispositivo de carga 10, y según la
tolerancia debida a una dilatación térmica diferente, que en
conjunto están normalmente en el orden de algunas décimas de
milímetros en dirección vertical y horizontal. Por tanto, una zona
146 de ancho transversal uniforme relativamente pequeño (por ejemplo
1 mm), garantiza la rotación libre de obstáculos sin comprometer la
transferencia de calor. No obstante también son posibles anchos
transversales horizontales y verticales diferentes dependiendo de
los requisitos reales del dispositivo de carga 10. Tal como se
observa en la sección transversal vertical de la figura 2, las
formas conjugadas complementarias de los elementos enfrentados 142
y 144, producen un serpenteo en la sección transversal vertical de
la zona 146 que proporciona un área eficaz relativamente grande de
las superficies de transferencia de calor 148 y 150. Cuando se
requiere y no lo impiden restricciones de construcción, esta área
puede aumentarse adicionalmente, por ejemplo aumentando el radio de
los elementos anulares 142 y 144, tal como se detalla a continuación
con respecto a las figuras 11-17, y/o mediante un
serpenteo adicional tal como se detalla a continuación con respecto
a las figuras 4 y 5.
Tal como se observa en la figura 2, cada
elemento de transferencia de calor 142, 144 comprende canales
internos 152 respectivamente 154 para un fluido de enfriamiento.
Tal como es evidente por la figura 1, cada canal interno 152 ó 154
forma parte del circuito de enfriamiento rotativo 30 o estacionario
32, respectivamente. Para aumentar la eficacia de la transferencia
térmica, la parte de cuba inferior de la zona 146 se rellena con un
fluido 156 de acoplamiento térmico, que en la figura 2 representa
un líquido conductor de calor, tal como agua o un líquido altamente
conductor con una capacidad de lubricación y un punto de
vaporización elevados. También podría utilizarse como fluido de
acoplamiento un fluido semilíquido con alta viscosidad tal como una
grasa térmicamente conductora. Utilizando agua como fluido 156 de
acoplamiento térmico, puede conseguirse una transferencia de calor
de aproximadamente 20.000 W/(m^{2}) durante la rotación y
6.000 W/(m^{2}) en reposo a través de una zona de
transferencia de calor de 1 mm de ancho transversal. Estos valores
suponen una velocidad de rotación relativa de 0,8 m/s y una caída
de temperatura \DeltaT de 40ºC entre los elementos 142, 144. Por
consiguiente, el dispositivo de transferencia de calor 140 garantiza
una transferencia de calor eficaz del circuito de enfriamiento
rotativo 30 al circuito de enfriamiento estacionario 32 sin
intercambio de fluido de enfriamiento entre los mismos. Dependiendo
del tipo de líquido 156, se proporcionan una detección de nivel,
una línea de llenado controlada mediante la detección de nivel y que
conduce a la parte inferior de la zona 146 y un depósito de
suministro desde el que alimenta la línea de llenado (no
representado) para compensar automáticamente la posible evaporación
del líquido 156.
La figura 3 representa una segunda variante de
un dispositivo de transferencia de calor 240 que comprende un
elemento de transferencia de calor rotativo y estacionario 242 y
244. En la figura 3, se proporciona un rebaje horizontal 245 en el
elemento estacionario 244. El elemento de transferencia de calor
rotativo 242 comprende un saliente horizontal 243 conjugado con el
rebaje 245 y que se extiende al interior de este último. Los
elementos yuxtapuestos 242 y 244, en particular el saliente 243 y el
rebaje 245, forman una zona de transferencia de calor en serpenteo
246 de ancho transversal uniforme. Sin medidas adicionales, la
variante según la figura 3 no permite rellenar la zona de
transferencia de calor 246 con un fluido de acoplamiento líquido
aunque incluso el aire como fluido de acoplamiento térmico puede
garantizar una transferencia de calor suficiente de los canales
internos primero a segundo 252 y 254 dependiendo del área eficaz
total de sus superficies de transferencia de calor respectivas 248
y 250. De hecho, durante la rotación relativa de los elementos 242 y
244, puede conseguirse una transferencia de calor de
aproximadamente 2.000 W/(m^{2}) a través de una zona de
transferencia de calor rellena de aire de 1 mm de ancho transversal
con las suposiciones anteriores (velocidad de rotación: 0,8 m/s y
\DeltaT de 40ºC). En comparación, en reposo puede conseguirse una
transferencia de calor de sólo 600 W/(m^{2}) aproximadamente. Sin
embargo, la fase crítica es generalmente durante el funcionamiento
cuando hay una rotación relativa la mayor parte del tiempo. El
dispositivo de transferencia de calor 240 según la figura 3 puede
resultar preferido debido a restricciones de construcción por
ejemplo cuando el desmontaje del dispositivo de carga 10 es
imposible con una configuración según la figura 2.
La figura 4 representa una tercera variante de
un dispositivo de transferencia de calor 340 con elementos de
transferencia de calor rotativo y estacionario 342 y 344. Tal como
se observa en la figura 4, el elemento rotativo 342 comprende tanto
una pluralidad de rebajes 343 como salientes 343' verticales. El
elemento estacionario 344 comprende asimismo tanto una pluralidad
de salientes 345 como rebajes 345' verticales. En la práctica, esta
configuración puede obtenerse por ejemplo, mecanizando muescas
anulares de sección transversal rectangular a intervalos adecuados
en un anillo macizo de metal conductor de calor para cada elemento.
Los salientes 345; 343' y los rebajes 343; 345' presentan una forma
conjugada y están dispuestos para entrelazarse. Se consigue un
serpenteo extenso de la zona de transferencia de calor intermedia
346 entre los elementos yuxtapuestos 342 y 344 mediante estos
salientes 345; 343' y rebajes 343; 345' conjugados. Por consiguiente
se aumenta el área eficaz de las superficies de transferencia de
calor 348 y 350 sin un aumento considerable del tamaño de los
elementos de transferencia de calor 342, 344. El elemento de
transferencia de calor estacionario 344 comprende además una
pluralidad de canales distribuidos circunferencialmente 358 para
descargar gas.
La figura 5 representa una cuarta variante de un
dispositivo de transferencia de calor 440. De manera análoga a las
variantes anteriores, los elementos de transferencia de calor
rotativo 442 y estacionario 444 están dispuestos en relación
enfrentada y se ajustan entre sí de manera estrecha mediante
interpenetración, para crear una zona de transferencia de calor en
serpenteo 446 de ancho transversal pequeño entre los mismos. El
dispositivo de transferencia de calor 440 difiere de la variante
anterior esencialmente en tres aspectos. En primer lugar, el
elemento de transferencia de calor rotativo 442 comprende paredes
460 laterales anulares que delimitan radialmente la zona 446 y que
superan en altura los salientes 443' y 445 y rebajes 443 y 445' que
se entrelazan. Por tanto, las paredes 460 laterales crean una cuba
que contiene los salientes y rebajes que se entrelazan. Como
resultado, la zona 446 puede rellenarse casi por completo con un
líquido de acoplamiento 456. En segundo lugar, unos canales de
descarga 462 están dispuestos en el elemento de transferencia de
calor rotativo 442 para sustituir el líquido térmicamente conductor
456. Los canales de descarga 462 están distribuidos
circunferencialmente en el elemento rotativo anular 442, estando
asociado por lo menos un canal de descarga 462 a cada rebaje 443.
En tercer lugar, unos canales de purga de aire 464 están dispuestos
en el elemento estacionario 444 y conectados a cada rebaje 445'.
Los canales de purga de aire 464 también pueden utilizarse para
limpiar la zona 446 mediante limpieza con gas o líquido, una vez que
el líquido 456 se ha descargado. Tal como se apreciará, debido al
serpenteo extenso de la zona 446, el área eficaz de las superficies
de transferencia de calor 448, 450 es significativamente más grande
que con superficies opuestas planas.
Haciendo referencia a las figuras
6-10, se detallarán a continuación algunas
configuraciones de sistemas de enfriamiento según la invención, en
particular del circuito de enfriamiento rotativo. A continuación
pueden omitirse las características repetidas ya mencionadas
anteriormente.
En las figuras 6-9, el
dispositivo de transferencia de calor se identifica mediante el
número de referencia 40, aunque son igualmente aplicables las
variantes 140, 240, 340 y 440. Además, el circuito de enfriamiento
estacionario se identifica mediante el número de referencia 32 a lo
largo de todas las figuras 6-10. Debido a los
elementos de transferencia de calor 42, 44, el circuito de
enfriamiento estacionario 32 carece de cualquier abertura hacia el
entorno en las realizaciones preferidas. Esto permite la integración
del circuito de enfriamiento estacionario 32 con el sistema de
enfriamiento por agua blanda de circuito cerrado del alto horno (no
mostrado). De forma similar, el circuito de enfriamiento rotativo
está dispuesto como ciclo de recirculación cerrado. Por tanto ya no
es necesaria una instalación cara para el tratamiento del líquido de
enfriamiento utilizado en el sistema de enfriamiento para el
dispositivo de carga 12. El tipo de fluido de enfriamiento utilizado
en el circuito de enfriamiento rotativo dependerá del diseño
respectivo como resultará evidente a continuación.
Una primera configuración de un sistema de
enfriamiento 112 está representada de manera muy esquemática en la
figura 6. El circuito de enfriamiento rotativo 130, está configurado
como circuito de convección natural de bucle cerrado y conectado al
dispositivo de transferencia de calor 40. El sistema de enfriamiento
112 comprende unos tubos de enfriamiento helicoidales 170 en
contacto térmico con las partes más expuestas del dispositivo de
carga 10 (por ejemplo la parte de pared interna 24 y la parte de
reborde inferior 26) y un depósito 172 de expansión, para permitir
la aplicación de presión al fluido de enfriamiento para aumentar su
punto de vaporización. La circulación de líquido de enfriamiento,
por ejemplo agua blanda desmineralizada, se produce en el sistema
de enfriamiento 112 mediante convección natural producida mediante
calentamiento del líquido de enfriamiento en las partes rotativas
expuestas y mediante enfriamiento del líquido de enfriamiento en el
elemento de transferencia de calor rotativo 42. Es evidente por la
figura 6 que durante el funcionamiento, el elemento de transferencia
de calor estacionario 44 se enfría mediante un fluido de
enfriamiento que fluye a través del circuito de enfriamiento
estacionario 32 mientras que el elemento de transferencia de calor
rotativo 42 se calienta mediante el fluido de enfriamiento
independiente que se hace circular en el circuito de enfriamiento
rotativo 130. La caída de temperatura resultante entre los elementos
42, 44 produce la transferencia de calor deseada en el dispositivo
de transferencia de calor 40.
La figura 7 representa una segunda configuración
de un sistema de enfriamiento 212 que difiere de la configuración
anterior en que el circuito de enfriamiento rotativo 230 está
configurado como circuito de convección forzada de bucle cerrado.
Siendo otras partes similares a la primera configuración, el sistema
de enfriamiento 212 comprende una bomba de circulación 274
dispuesta aguas abajo del dispositivo de transferencia de calor 40
para garantizar la recirculación forzada del líquido de
enfriamiento, por ejemplo agua blanda desmineralizada, utilizado en
el circuito de enfriamiento rotativo 230. Puede conseguirse un
suministro de energía eléctrica para la bomba de circulación 274
mediante diversos aparatos tales como anillos colectores de contacto
deslizante o una disposición de generador-batería
(el generador montado en el soporte 14 y accionado mediante la
rotación de este último), o transferencia de corriente inductiva
sin contacto (no mostrada). Alternativamente, la bomba de
circulación 274 puede impulsarse también mecánicamente mediante un
mecanismo accionado mediante la rotación del soporte 14 rotativo tal
como se describe en el documento LU 84520.
La figura 8 representa una tercera configuración
de un sistema de enfriamiento 312. En comparación con las demás
configuraciones dadas a conocer en la presente memoria, el circuito
de enfriamiento rotativo 330 según la figura 8 comprende una
pluralidad de tubos térmicos 376 que en sí mismos se conocen bien.
La parte caliente (inferior) de cada tubo térmico 376 está
dispuesta en contacto térmico con los componentes rotativos
expuestos del dispositivo de carga 10, mientras que la parte fría
(superior) de los tubos térmicos 376 está dispuesta en contacto
térmico con el elemento de transferencia de calor rotativo 42. Por
consiguiente, los tubos térmicos 376 pueden presentar una forma
curvada ajustada a la construcción interna del dispositivo de carga
10. Debido a los tubos térmicos 376, la parte rotativa del sistema
de enfriamiento 312 es completamente pasiva, es decir, no hay
partes mecánicas y no se requiere energía para transportar el calor
desde las partes que van a enfriarse hasta el elemento de
transferencia de calor rotativo 42.
No obstante, debido a la cantidad significativa
de energía implicada en el calor latente, los tubos térmicos 376 son
muy eficaces para la transferencia de calor.
La figura 9 representa una cuarta configuración
de un sistema de enfriamiento 412, en el que el circuito de
enfriamiento rotativo 430 está configurado como un ciclo de
refrigeración por compresión de vapor de bucle cerrado que utiliza
un refrigerante adecuado, por ejemplo del tipo de hidrocarburo
halogenado. Los tubos de enfriamiento helicoidales 470, dispuestos
en contacto térmico con las partes que van a enfriarse, representan
el evaporador del ciclo de refrigeración. Un compresor 474 aguas
arriba del dispositivo de transferencia de calor 40 aumenta la
presión del vapor producido en los tubos de enfriamiento
helicoidales 470 que a continuación se condensa en el elemento
rotativo 42, que representa el condensador. El fluido de
enfriamiento condensado se expande hasta la presión del evaporador
mediante un dispositivo de expansión 478 aguas abajo del elemento
rotativo 42. Cualquiera de los aparatos mencionados en relación con
la segunda configuración puede servir como suministro de energía
para el compresor 474.
La figura 10 representa una quinta configuración
de un sistema de enfriamiento 512, en el que el circuito de
enfriamiento rotativo 530 está configurado como unidad de adsorción
basándose en el ciclo de adsorción para el enfriamiento. La unidad
de adsorción 530, dispuesta como ciclo cerrado dividido en dos
partes, comprende un adsorbedor con un adsorbente sólido, y un
condensador para un adsorbato líquido/gaseoso, dispuestos ambos
dentro del elemento rotativo 542 de un dispositivo de transferencia
de calor modificado 540. El evaporador para el adsorbato, está
formado por tubos de enfriamiento helicoidales 570 dispuestos en
contacto térmico con las partes que van a enfriarse. Un sistema de
calentamiento formado por tubos de calentamiento helicoidales
adicionales 580 está dispuesto en la parte de reborde inferior
rotativa 26 para enfrentarse al interior del alto horno. Los dos
circuitos de tubos 570 y 580 están conectados al dispositivo de
transferencia de calor 540. De manera conocida, la unidad de
adsorción 530 proporciona un enfriamiento intermitente pasando a
través de cuatro periodos diferentes durante un ciclo. Tal como se
indica esquemáticamente en la figura 10, los tubos de enfriamiento
helicoidales 570 están dispuestos fuera del horno en la parte de
reborde inferior 26 y/o la parte de pared interna 24 mientras que
los tubos de calentamiento helicoidales 580 están dispuestos en el
lado opuesto, es decir dentro del horno.
Por consiguiente, el dispositivo de
transferencia de calor 540 en esta quinta configuración presenta la
triple función de llevar el calor tomado por los tubos de
enfriamiento helicoidales 570 y de actuar como adsorbedor y
condensador de la unidad de adsorción 530. El ciclo intermitente, es
decir el paso a través de los diferentes periodos de la unidad de
adsorción 530 (calentamiento y aplicación de presión -> desorción
y condensación -> enfriamiento y eliminación de presión ->
enfriamiento y adsorción) se controla mediante unas primera y
segunda bombas 574 y 574' y válvulas dispuestas de manera apropiada
(no representadas). La energía mecánica/eléctrica para estos
últimos componentes se proporciona mediante cualquiera de los
aparatos mencionados anteriormente haciendo referencia a la segunda
configuración. Aunque no se muestra en los dibujos, los expertos en
la materia apreciarán que puede concebirse una configuración
diferente basándose en un ciclo de adsorción con regeneración
térmica para un funcionamiento casi continuo del condensador y el
evaporador y por tanto un enfriamiento casi continuo. Sin embargo,
una configuración de este tipo requiere partes adicionales entre las
que se encuentra en particular una segunda unidad de adsorción, que
debe hacerse funcionar fuera de fase en comparación con la primera
unidad de adsorción.
La figura 11 representa una forma de realización
alternativa de un sistema de enfriamiento 612 según la invención,
en un dispositivo de carga 10 instalado en la parte superior de un
alto horno. Siendo otras partes similares, a continuación sólo se
detallarán las diferencias con respecto a la forma de realización
mostrada en la figura 1.
Tal como se observa en la figura 11, el sistema
de enfriamiento 612 también comprende un dispositivo de
transferencia de calor 640 con un elemento de transferencia de
calor rotativo 642 y un elemento de transferencia de calor
estacionario 644. En la configuración según la figura 11, el
dispositivo de transferencia de calor 640 está dispuesto en la
parte inferior del revestimiento del dispositivo de carga rotativo
10, más precisamente, en la periferia inferior de la parte de
reborde inferior 26 del soporte 14 rotativo. Por tanto, el circuito
de enfriamiento rotativo 630 está conectado al elemento de
transferencia de calor rotativo 642 en esta zona inferior. Como se
entenderá, la configuración real del circuito de enfriamiento
rotativo 630 puede ser cualquiera de las descritas anteriormente
haciendo referencia a las figuras 6-10 o una
combinación de las mismas. El circuito de enfriamiento estacionario
632 está conectado al elemento de transferencia de calor
estacionario 644 también en la zona inferior del alojamiento 18
estacionario. Tal como se describió anteriormente, el elemento de
transferencia de calor estacionario 644 se enfría mediante un
fluido de enfriamiento que fluye a través del circuito de
enfriamiento estacionario 632, mientras que el calor se transfiere,
desde los componentes del dispositivo de carga 10 que requieren
enfriamiento, hasta el elemento de transferencia de calor rotativo
642 mediante un fluido de enfriamiento que se hace circular en el
circuito de enfriamiento rotativo 630. En virtud del dispositivo de
transferencia de calor 640, este último fluido de enfriamiento está
separado de y no se mezcla con el fluido de enfriamiento en el
circuito de enfriamiento estacionario 632. Tal como se apreciará, en
la forma de realización según la figura 11, un diámetro aumentado
del dispositivo de transferencia de calor generalmente anular 640
permite un área total más grande de las superficies enfrentadas de
los elementos 642, 644, y por consiguiente una transferencia de
calor aumentada en comparación con la realización de la figura
1.
La figura 12 representa el dispositivo de
transferencia de calor 640 de la figura 11 en más detalle. Tal como
se observa en la figura 12, los elementos de transferencia de calor
rotativo y estacionario 642 y 644 comprenden salientes 643
respectivamente 645 configurados para entrelazarse y crear entre los
mismos una zona pequeña de transferencia de calor 646 de sección
transversal vertical en serpenteo. Durante el funcionamiento, la
transferencia de calor desde el elemento rotativo 642 hasta el
elemento estacionario 644, especialmente desde los salientes 643
hasta los salientes 645, se consigue a través de la zona de
transferencia de calor 646. Como se entenderá, esta transferencia
de calor se produce mediante convección y/o radiación en el medio de
la zona de transferencia de calor 646. Cada elemento de
transferencia de calor 642 y 644 comprende una parte de base 651
respectivamente 653 en forma de anillo anular macizo dispuesto en
simetría rotacional en el eje A. Los salientes 643 y 645 sobresalen
transversalmente desde su parte de base 651 respectivamente 653, en
caso de la figura 12, verticalmente hacia el otro elemento de
transferencia de calor yuxtapuesto. Canales internos 652 en la
parte de base 651 del elemento de transferencia de calor rotativo
642 están conectados al circuito de enfriamiento rotativo 630
mediante conducciones de conexión 655, tal como se observa en la
figura 12. De forma similar, las conducciones de conexión 657
conectan un canal interno 654 en la parte de base 653 del elemento
de transferencia de calor estacionario 644 al circuito de
enfriamiento estacionario 632.
En la figura 12, los elementos de transferencia
de calor 642, 644 están dispuestos dentro de una cuba 690 anular de
contención de un líquido térmicamente conductor como fluido de
acoplamiento en la zona de transferencia de calor 646 entre los
elementos 642, 644 y entre sus salientes 643, 645. Instalando el
dispositivo de transferencia de calor 640 dentro de la cuba 690,
los dos elementos 642, 644 pueden sumergirse en el líquido conductor
de calor para aumentar la transferencia de calor entre los mismos.
Tal como se observa en la figura 12, la cuba 690 está fijada en
rotación con el elemento de transferencia de calor rotativo 642 y
también soporta a este último en la parte de reborde inferior 26.
Tal como puede observarse además en la figura 12, cada elemento de
transferencia de calor 642, 644 está provisto de una cubierta 692 ó
694 respectiva configurada como campana en forma de tejado con una
superficie superior inclinada. Las cubiertas 692, 694 están
dispuestas adyacentes, dejando entre las mismas sólo un pequeño
hueco que permite la rotación relativa. Las cubiertas 692, 694
permiten reducir la superficie del líquido conductor de calor en la
zona de transferencia de calor 646 expuesta a polvo en suspensión.
Parte de la cubierta estacionaria 694 está dispuesta para solapar a
la cubierta rotativa 692 para reducir la penetración de polvo (por
ejemplo polvo del horno) en el líquido en la zona de transferencia
de calor 646. Para ello, la pared lateral exterior de la cuba 690 se
extiende hacia arriba de manera adyacente a lo largo del elemento
de transferencia de calor estacionario 644 y su cubierta 694. Aunque
no se muestra en la figura 12, el lado inferior de la cuba 690,
expuesto al interior del horno, está provisto preferentemente de un
aislamiento térmico adecuado para reducir la cantidad de calor
transferido al dispositivo de transferencia de calor 640 a través de
las paredes de la cuba 690.
La figura 13 representa parcialmente la
construcción anular de los elementos de transferencia de calor 642,
644. Más precisamente, las partes de base 651 y 653 y sus salientes
643 y 645 respectivos están representados en parte en la figura 13.
Cada saliente 643, 645 presenta la forma de una banda anular
comparativamente plana. Los salientes se fijan de manera
alternativa, por ejemplo mediante soldadura, a la parte de base
rotativa 651 o la parte de base estacionaria 653. Puesto que debe
garantizarse una rotación relativa libre de obstáculos, los
salientes 643, 645, y por consiguiente también la zona de
transferencia de calor 646, presentan una disposición
rotacionalmente simétrica de manera esencial respecto al eje de
rotación A. El diámetro respectivo de cada saliente 643, 645
disminuye hacia el eje A. Puede indicarse, que con fines paliativos,
el saliente más interno del elemento de transferencia de calor
rotativo 642 no está representado en la vista parcial de las figuras
13 y 14.
La figura 14 representa parcialmente los
elementos de transferencia de calor 642 y 644 en estado
desensamblado. Como puede apreciarse a partir de la figura 14, cada
saliente en forma de banda anular 643, 645 está provisto
respectivamente de una pluralidad de orificios pasantes 696
transversales distribuidos de manera circunferencial. Tal como se
apreciará, los orificios pasantes 696, durante la rotación del
soporte 14 rotativo, permiten crear una turbulencia en el fluido de
acoplamiento en la zona de transferencia de calor 646, por ejemplo
en el líquido térmicamente conductor contenido en la cuba 690.
También se apreciará que la turbulencia en el fluido de acoplamiento
entre los elementos 642, 644 aumenta la transferencia de calor que
puede conseguirse mediante el dispositivo de transferencia de calor
640. Aunque no se muestra en los dibujos, no es necesario que los
salientes 643, 645 presenten una forma de tipo banda. De hecho,
para conseguir una turbulencia, pueden utilizarse otros tipos de
salientes, siempre que la superficie de transferencia de calor total
sea suficiente, la rotación no resulte obstaculizada y se consiga
una conexión térmica con el circuito de enfriamiento rotativo o
estacionario respectivo 30 ó 32. Por ejemplo, podrían concebirse
salientes en forma de banda con depresiones no penetrantes a cada
lado, o filas anulares de barras o vástagos separados distribuidos
de manera circunferencial que formen salientes, haciendo que
sobresalgan de la parte de base respectiva del elemento rotativo o
estacionario.
La figura 15 representa una sección transversal
vertical del dispositivo de transferencia de calor 640 de la figura
12 en una sección diferente. Tal como se observa en la figura 12,
una conducción de suministro 700 montada en el alojamiento 18
estacionario interrumpe uno de los salientes del elemento de
transferencia de calor estacionario 644. La conducción de
suministro 700 presenta una tobera de suministro 702 en su extremo
inferior, dispuesta en la parte inferior de la cuba 690, próxima al
elemento de transferencia de calor rotativo 642. La conducción de
suministro 700 está conectada a una fuente de líquido térmicamente
conductor mediante una válvula 704. Como se mencionó anteriormente,
utilizando una detección de nivel adecuada que controle la válvula
704, la conducción de suministro 700 garantiza un rellenado
automático de líquido térmicamente conductor en la zona de
transferencia de calor 646. De este modo, se compensa la pérdida de
líquido debida a la evaporación y se garantiza automáticamente un
nivel de líquido suficiente.
La figura 16 representa una sección transversal
vertical del dispositivo de transferencia de calor 640 de la figura
12 en otra sección diferente. La figura 16 representa una tobera de
drenaje 706 conectada a una conducción de drenaje 708 instalada
según la figura 15. En virtud de la presión del tragante del horno
que aplica presión al líquido en la zona de transferencia de calor
646 por encima de la presión atmosférica, el líquido puede
extraerse fácilmente abriendo simplemente una válvula
correspondiente (normalmente cerrada) en la conducción de drenaje
708. Puede requerirse un drenaje del líquido cuando este último se
ha contaminado en exceso con partículas de polvo o cuando se
requiera limpiar los elementos de transferencia de calor 642, 644
para eliminar depósitos excesivos.
La figura 17 representa una sección transversal
vertical del dispositivo de transferencia de calor 640 de la figura
12 en aún otra sección diferente. Tal como se observa en la figura
17, una tobera de limpieza 710 está dispuesta en el extremo de una
conducción de limpieza correspondiente 712 provista de una válvula
tal como se muestra en la figura 15. La tobera de limpieza 710 está
configurada para proporcionar una descarga a alta presión mediante
una pulverización dirigida horizontalmente. Puesto que el elemento
de transferencia de calor rotativo 642 está dispuesto en la parte
inferior de la cuba 690 estará más expuesto a depósitos de polvo u
otra sedimentación. La configuración según la figura 12 facilita la
limpieza del dispositivo de transferencia de calor 640 porque,
cuando se hace rotar, todo el elemento de transferencia de calor
rotativo 642 puede limpiarse fácilmente mediante una o varias
toberas de limpieza 710. Por tanto, normalmente, no es necesario el
desmontaje del dispositivo de transferencia de calor 640 con fines
de limpieza. Durante la limpieza, el líquido de limpieza recogido
en la zona de transferencia de calor 646, tal como el líquido
térmicamente conductor, puede descargarse a través de la conducción
de drenaje 708 de la figura 16 sin medidas adicionales
aprovechándose de la presión del tragante del horno.
Aunque no se muestra explícitamente en los
dibujos, se apreciará, que cuando se requiere, cualquiera de los
sistemas de enfriamiento anteriores 12, 112, 212, 312, 412, 512 ó
612 incluye medios para enfriar el conducto 16 rotativo. De hecho,
entre los componentes del dispositivo de carga 10, el conducto 16
rotativo es el más expuesto a la atmósfera interna del horno. Por
tanto, si se requiere se incluye en el sistema de enfriamiento una
disposición modificada para el enfriamiento del conducto similar a
la dada a conocer en la patente US nº 5.252.063. En esta
realización, el conducto de distribución rotativo 16 comprende una
parte de circuito (no mostrada) para enfriar la superficie inferior
de su cuerpo que está en conexión de fluido con el circuito de
enfriamiento rotativo 30, 130, 230, 330, 430, 530 ó 630. La conexión
se consigue, tal como se conoce por la patente US nº 5.252.063, a
través de canales que pasan a través de árboles de suspensión
mediante los que el conducto 16 está unido de manera pivotante al
soporte 14 rotativo y a través de conectores rotativos adecuados. A
diferencia de la patente US nº 5.252.063, según la presente
invención, la parte de circuito para el enfriamiento del conducto
es, sin embargo, una parte solidaria de la configuración de ciclo
cerrado del circuito de enfriamiento rotativo 30, 130, 230, 330,
430, 530 ó 630.
En una variante adicional, en caso de utilizar
el fluido de enfriamiento en el circuito de enfriamiento rotativo
como líquido, este último puede utilizarse para suministrar a la
zona de transferencia de calor 146, 446 en el dispositivo de
transferencia de calor 140, 440 un líquido de acoplamiento 156, 456.
Esto puede conseguirse mediante una detección de nivel y una
válvula de suministro adecuada que controle el suministro de líquido
al interior de la zona de transferencia de calor 146, 446. En este
caso un depósito de suministro está montado preferentemente en la
parte estacionaria del dispositivo de carga 10 para proporcionar
líquido térmicamente conductor para compensar las pérdidas por
evaporación del líquido de acoplamiento 156, 456.
Falta indicar que en cualquiera de las variantes
y configuraciones anteriores, los elementos de transferencia de
calor rotativos y estacionarios 42, 44; 142, 144; 242, 244; 342,
344; 442, 444; 542, 544; ó 642, 644; están realizados en un
material que presenta una conductividad térmica elevada tal como
plata, cobre o aluminio o una aleación adecuada que contiene uno o
más de estos metales. Como se apreciará, un recubrimiento conductor
de calor anticorrosión se aplica preferentemente a los elementos de
transferencia de calor para aumentar su vida útil.
Finalmente, deberán recapitularse algunas
ventajas que comparten los sistemas de enfriamiento anteriores.
Debido a la disposición de ciclo cerrado del circuito de
enfriamiento rotativo, se elimina la necesidad de un circuito
independiente con una instalación de tratamiento de agua. El
circuito de enfriamiento estacionario puede integrarse
completamente en un circuito de enfriamiento de bucle cerrado ya
previsto habitualmente en el horno. El sistema de enfriamiento
carece de cualquier parte que se desgaste de manera notable. Se
reducen la frecuencia de mantenimiento y los gastos. La caída de
presión o la resistencia al flujo en el circuito de enfriamiento
rotativo es menos crítica puesto que el fluido no se transporta
exclusivamente por gravitación. Por tanto pueden utilizarse
conducciones más económicas y fáciles de instalar, tales como tubos
de cobre de pequeño diámetro adecuados para curvarlos manualmente.
Puede aumentarse la temperatura de funcionamiento máxima del
circuito de enfriamiento rotativo con respecto a la técnica
anterior. De hecho, en primer lugar puede utilizarse un
refrigerante más caro en el ciclo cerrado, por lo que se evita
cualquier depósito perjudicial en el circuito de enfriamiento
rotativo y en segundo lugar, debido a la configuración de circuito
cerrado del circuito rotativo, el refrigerante en el mismo puede
someterse a presión para aumentar su punto de vaporización.
Claims (15)
1. Dispositivo de carga rotativo (10) para un
horno de cuba provisto de un sistema de enfriamiento (12; 112; 212;
312; 412; 512; 612),
- en el que dicho dispositivo de carga rotativo comprende un soporte rotativo (14) para unos medios de distribución rotativos y un alojamiento estacionario (18) para dicho soporte rotativo; y
- en el que dicho sistema de enfriamiento comprende un circuito de enfriamiento rotativo (30; 130; 230; 330; 430; 530; 630) fijado en rotación con dicho soporte rotativo y un circuito de enfriamiento estacionario (32; 632) en dicho alojamiento estacionario;
- caracterizado porque presenta
- un dispositivo de transferencia de calor (40; 140; 240; 340; 440; 540; 640) que incluye un elemento de transferencia de calor estacionario (44; 144; 244; 344; 444; 544; 644) configurado para enfriarse mediante un fluido de enfriamiento que fluye a través de dicho circuito de enfriamiento estacionario y que incluye un elemento de transferencia de calor rotativo (42; 142; 242; 342; 442; 542; 642) configurado para calentarse mediante un fluido de enfriamiento separado que se hace circular en dicho circuito de enfriamiento rotativo, estando dispuestos dichos elementos de transferencia de calor en relación enfrentada y presentando entre los mismos una zona de transferencia de calor (146; 246; 346; 446; 546; 646) para conseguir la transferencia de calor mediante convección y/o radiación a través de dicha zona sin mezclar dichos fluidos de enfriamiento separados.
2. Dispositivo de carga según la reivindicación
1, en el que dicho circuito de enfriamiento rotativo (30; 130; 230;
330; 430; 530; 630) está configurado como circuito cerrado.
3. Dispositivo de carga según la reivindicación
2, en el que dicho circuito de enfriamiento rotativo (130) está
configurado como circuito de convección natural de bucle
cerrado.
4. Dispositivo de carga según la reivindicación
2, en el que dicho circuito de enfriamiento rotativo (330) comprende
por lo menos un tubo térmico (376).
5. Dispositivo de carga según la reivindicación
2, en el que dicho circuito de enfriamiento rotativo está
configurado como circuito de convección forzada de bucle cerrado
(230), como ciclo de refrigeración por compresión de vapor de bucle
cerrado (430) o como una unidad de enfriamiento de adsorción
(530).
6. Dispositivo de carga según la reivindicación
5, en el que dicho circuito de enfriamiento rotativo comprende por
lo menos una bomba (274; 574, 574') o compresor (474) que es
impulsada/o eléctricamente, o bien mediante una batería alimentada
por un generador accionado mediante la rotación de dicho soporte
rotativo, mediante contactos deslizantes o mediante transferencia
de corriente inductiva sin contacto, o mecánicamente mediante un
mecanismo accionado mediante la rotación de dicho soporte
rotativo.
7. Dispositivo de carga según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, en el que dicho circuito de enfriamiento
estacionario (32) forma parte de un circuito de enfriamiento de
bucle cerrado de dicho horno de cuba para llevar el calor
transferido a dicho elemento de transferencia de calor
estacionario.
8. Dispositivo de carga según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que por lo menos un rebaje (143; 243;
343; 443) está previsto en dicho elemento de transferencia de calor
estacionario o rotativo y por lo menos un saliente (145; 245; 345;
445) correspondiente está previsto en dicho elemento de
transferencia de calor rotativo o estacionario, ajustándose entre
sí dicho rebaje y dicho saliente para proporcionar una sección
transversal vertical en serpenteo a dicha zona de transferencia de
calor.
9. Dispositivo de carga según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que dicho elemento de transferencia de
calor rotativo y dicho elemento de transferencia de calor
estacionario comprenden cada uno una parte de base anular (651; 653)
y por lo menos un saliente (643; 645) que sobresale de manera
transversal de dicha parte de base, estando dispuestos dichos
salientes en relación enfrentada y ajustándose entre sí para
proporcionar una sección transversal vertical en serpenteo a dicha
zona de transferencia de calor.
10. Dispositivo de carga según la reivindicación
8 ó 9, en el que dicha zona de transferencia de calor está rellena
por lo menos parcialmente con un líquido térmicamente conductor
(156) o una grasa térmicamente conductora.
11. Dispositivo de carga según la reivindicación
10, en el que por lo menos un saliente de dicho elemento de
transferencia de calor rotativo y/o dicho elemento de transferencia
de calor estacionario comprenden unos medios (696) para producir
turbulencias en dicho líquido térmicamente conductor.
12. Dispositivo de carga según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10, en el que el ancho transversal de dicha
zona de transferencia de calor está comprendido en el intervalo de
0,5 a 3 mm.
13. Dispositivo de carga según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicho circuito de
enfriamiento rotativo comprende una parte de circuito para enfriar
un conducto de distribución rotativa (16) soportado mediante dicho
soporte rotativo.
14. Dispositivo de carga según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13, en el que dicho elemento de transferencia
de calor estacionario y dicho elemento de transferencia de calor
rotativo están dispuestos como anillos circulares, que se extienden
preferentemente de manera esencial por toda la circunferencia
alrededor del eje de rotación (A) de dicho soporte rotativo,
comprendiendo dichos anillos unas superficies de transferencia de
calor opuestas planas.
15. Alto horno que comprende un dispositivo de
carga provisto de un sistema de enfriamiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores.
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